книги / Нефтегазовая гидрогеология

ми. Величины содержания тех же компонентов в изучаемой воде — смеси наносятся на одну из вертикальных осей и от них проводятся горизонтальные линии до пересечения с прямыми, соединяющими значения с одержаний данного компонента в смешивающихся во­ дах. Через эти точки пересечений проводится вертикальная линия до горизонтальной оси графика, на которой нанесены пропорции смешивания двух вод в процентах. Таким образом находят содержа­ ние смешивающихся вод в смеси. Условия применения графика те же, что и приведенной выше формулы.

Для конкретных случаев, когда приходится многократно иметь дело с одной и той же водой в «паре» смешивающихся вод (напри­ мер, закачиваемая в азербайджанские нефтяные месторождения вода Каспийского моря), А. Р. Ахундовым разработан специаль­ ный вариант графического определения соотношений объемов и

составов смешивающихся вод (рис. 71). На катетах треугольни­ ка нанесены шкалы значений по­ казателей анионного (ось орди­ нат) и катионного (ось абсцисс) составов «чистых» и смешиваю­ щихся вод в процент-эквивален- тной форме. В поле треугольника проведены линии равного содер­ жания (в процентах) закачиваемых вод в смеси с пластовыми водами различного состава (за нуль при­ няты пластовые воды, за 100 % — каспийская вода). Данные по со­ держанию компонентов в изуча­ емой смеси наносятся на оси. Из этих точек на осях восстанавли­ ваются перпендикуляры до взаим­ ного пересечения. Положение точки пересечения относительно кривых, показывающих пропор­ ции смешивания, позволяет оп­

ределить пропорцию смешивания в изучаемой смеси. График при необходимости может быть расширен до квадрата. Если вместо каспийской воды для заводнения используется другая, то необхо­ димо провести соответствующее моделирование и на основе его результатов составить аналогичный график.

Иногда приходится иметь дело не с двумя, а с тремя смешива­ ющимися водами: при межпластовых перетоках, при замене в про­ цессе заводнения одной закачиваемой воды другой и т.п. Метод распознавания пропорций смешивания трех вод предложен С. Киннелом, который использовал разностороннюю призму. Плоскости внутри призмы представляют собой содержания отдельных ионов. Грани призмы служат вертикальными осями количественного со­ держания ионов. Если в результате смешивания трех вод каждый из ионов без потерь войдет в раствор, то проецируемые линии для всех ионов в смеси пересекутся в одной точке на тригонограмме, а эта точка будет изображать «идеальную» смесь трех исходных вод.

Расчеты состава тройных и более сложных смесей вод были проведены также Э. А. Грикевичем (1967).

Как отмечено выше, рассмотренные методы определения пропорций смешивания базируются на линейных зависимос­ тях, наблюдаемых при отсутствии процесса выпадения солей и

газообразования. Более общие случаи смешивания вод изуча­ лись Ф. А. Гезаловым, А. М. Никаноровым, Л. Е. Сокирко и др. По данным А. М. Никанорова и Л. Е. Сокирко при смеши­ вании для Некоторых компонентов наблюдается отклонение от линейной зависимости. Эти авторы предлагают на основе подобных данных выбирать компоненты, изменяющиеся по ли­

нейному закону (обычно хлор и натрий), и только их использовать в целях контроля.

Имея полученные опи­ санными выше способами сведения по содержанию смешивающихся вод в со­ ставе находящихся в пласте смесей, можно прослежи­ вать движение пластовых и закачиваемых вод, опреде­ лять скорости этого движе­ ния на различных участках, расположение языков об­ воднения и т.п. Для этих целей служат специальные карты замещения одних вод другими, на которых нане­ сены выявленные пропор­ ции смешивания разных вод (рис. 72).

Гидрохимический метод контроля заводнения позво­ ляет:

рассчитывать зоны вли­ яния нагнетательных сква­ жин; определять долю на­ гнетаемой воды в продукции добывающих скважин;

устанавливать закономер­ ности распространения на­ гнетаемых вод и подсчиты­ вать количество вторгшихся в залежь нагнетаемых вод;

определять средние ско­ рости движения вод по от­

дельным направлениям и скорости продвижения фронта нагнета­ ния и т.д.

Гидрогеохимические методы контроля за обводнением и завод­ нением залежей нефти обладают рядом значительных преимуществ: они отличаются технической простотой, дешевизной, большей на­ дежностью хотя бы вследствие того, что возможно одновременное использование большого числа параметров (компонентов состава вод).

Принципы гидрогеохимического контроля при разработке за­ лежей нефти термическими методами предложены В. Т. Левченко (1988). Главное внимание при паро-водяном воздействии он счи­ тает необходимым уделять ионам хлора и гидрокарбоната, содер­ жание которых в добывающих скважинах при этом процессе рас­ тет.

Особые задачи встают перед нефтегазопромысловой гидрогео­ логией при решении вопросов предупреждения солеотложения и борьбы с ним на поздних стадиях разработки газовых месторожде­ ний. Когда на этих стадиях разработки пластовое давление очень сильно снижается, в газе, направляющемся в скважины, возника­ ет определенный дефицит влагосодержания. В таких условиях по­ ступление в скважину минерализованной воды (особенно рассо­ ла) будет сопровождаться ее упариванием, которое по достижении концентрации насыщения соли приведет к солеобразованию и солеотложению в скважине.

В. А. Терещенко предложил аналитическое выражение основ­ ного условия выпадения соли (галита) в газовой скважине: Aw > Vd, где Aw — дефицит влагосодержания в газе, см3/м 3 газа; V — объем поступающей в скважину минерализованной воды, л/1000 м3 газа; d — удельный резерв пресной воды в минерализо­ ванной воде по отношению к NaCl, см3/см3.

Величина d может изменяться в пределах от нуля для насыщен­ ных рассолов до значения, близкого к единице, для слабоминера­ лизованных вод; определяется по специальным номограммам — графикам зависимости резерва пресной воды от величины мине­ рализации вод.

Дефицит влагосодержания в газе Aw рассчитывается по форму­

где w , — равновесное содержание паров воды в газе при дан­ ных давлении и температуре в стволе скважины, \ |(м — содер­ жание паров воды в газе в пластовых условиях.

Используя приведенные формулы, можно давать качественный прогноз солеотложения. Если величина дефицита влагосодержания больше произведения объема поступающей воды и удельного резерва пресной воды (как и записано выше), то следует ожидать солеотложение; если неравенство имеет противоположный харак­ тер, то солеотложения не должно быть.

В. А. Терещенко и Е. Д. Белых предложили также метод коли­ чественного прогноза солеотложения в газовых скважинах. Коли­ чество отлагающейся соли S (г/сут) определяется по формуле

ч>

где С — концентрация выпадающей соли в исходной воде; г0, гх

— отношение концентраций выпадающего иона соответственно в исходной пластовой и попутной воде к концентрации иона, на­ капливающегося в растворе.

Чтобы определить, идет ли в скважине солеотложение, назван­ ные авторы рекомендуют (для случая выпадения хлористого на­ трия) следить за изменением величины отношений содержаний натрия и брома, натрия и кальция, натрия и магния в попутной воде: все эти отношения при осаждении натриевых солей должны увеличиваться.

§ 2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХРАНЕНИЯ ГАЗА И НЕФТИ В ЗЕМНОЙ КОРЕ

Искусственными газонефтехранилищами в земной коре могут служить: а) истощенные нефтяные и газовые пласты; б) водонос­ ные пласты; в) искусственные емкости внутри толщ и массивов водоупорных пород (солей, магматических образований). В любых случаях при проектировании и эксплуатации газонефтехранилищ необходимы знание гидрогеологических условий вместилищ, куда должна производиться закачка газов и жидкостей, прогнозирова­ ние изменений этих условий в ходе закачки и после нее, наблюде­ ния за изменениями в процессе работы хранилищ и т.д. Следова­ тельно, должны проводиться соответствующие исследования, рас­ четы и т.п.

Газонефтехранилища в земной коре представляют собой спе­ цифические искусственные газовые’и нефтяные залежи и поэтому изучение вопросов гидрогеологии при проектировании и работе хранилищ можно рассматривать как особое направление в нефте­ газопромысловой гидрогеологии.

Широко распространено хранение газа в водоносных пластах, т.е. вариант, при котором гидрогеология имеет наибольшее значе­ ние. Хранилища в выработанных нефтеносных и газоносных пла­ стах, обычно тоже заполненных водой (обводненных), характери­ зуются в основном тем, что гидрогеологические условия там уже более или менее ясны еще до их проектирования.

При проектировании и сооружении газонефтехранилищ в во­ доносных пластах главное значение имеет выяснение степени гер­ метичности покрышки над резервуаром (пластом). Для оценки пригодности пласта можно использовать гидрохимический или гидродинамический методы. При этом рекомендуется следующая схема оценки.

Гидрохимический метод. Если химические составы вод проект­ ного и вышележащего горизонтов различны, значит гидравличес­ кая связь и перетоки вод между горизонтами отсутствуют. Следо­ вательно, проектный пласт может оказаться пригодным для хра­ нения газа и нефти (но может и не быть таким, особенно для хранения газа, поскольку, газопроницаемость пород выше их во­ допроницаемости). Если же составы вод проектного и вышележа­ щих пластов одинаковы, то весьма вероятны гидравлическая связь и перетоки между ними и, следовательно, проектный пласт не­ пригоден для хранения газа.

Гидродинамический метод. Если пьезометрическая поверхность проектного горизонта В располагается ниже пьезометрической по­ верхности вышележащего пласта А, то вероятность перетоков из пласта В в пласт А отсутствует, значит пласт В пригоден для закачки газа и нефти (рис. 73). При обратном соотношении пьезометричес­ ких поверхностей пластов закачка газа в пласт В нецелесообразна.

Полученные таким образом положительные оценки пластов являются предварительными и в последующем должны проверяться специальными наблюдениями при опытной закачке газа (воздуха) в проектный пласт. Наблюдения (за давлением, уровнями) прово­ дятся в скважинах, пробуренных на вышележащий водоносный горизонт. Эти методы применимы и при проектировании захоро­ нений промышленных стоков.

При опытно-промышленной закачке газа с помощью куста на­ блюдательных скважин уточняются площадные гидродинамичес­ кие характеристики пласта-коллектора, путем определения содер­ жания растворенных в верхних водах УВ (их наличия или отсут­ ствия, увеличения концентраций) проверяется герметичность по­ крышки и т.п.

Следующий этап гидрогеологических исследований наступает с момента промышленной закачки газа и продолжается при эксп-

Рис. 73. Схема соотношений водоносных горизонтов с различными напорами для оценки условий хранения газов и жидкостей и захоро­ нения промышленных стоков в водоносных пластах

луатации газохранилища. На этом этапе следует в основном на­ блюдать за теми изменениями естественных условий, которые воз­ никают под влиянием закачки газа. Цель наблюдений — фикса­ ция его утечки и «расползания» искусственной газовой залежи (га­ зового «пузыря») по пласту. Главное значение приобретают дан­ ные по газовому составу вод, так как в окружающих искусствен­ ную залежь водах прежде всего изменяются газонасыщенность и состав газов. Специфика исследований обусловливается также переодичностью работы газохранилища (периоды закачки сменяют­ ся периодами отбора).

Помимо основных задач контроля за утечками и «расползани­ ем» газа при помощи гидрогеологических исследований могут ре­ шаться и некоторые другие задачи разведки и эксплуатации под­ земных газохранилищ.

При помощи регулярных отборов и анализов проб воды (на растворенный газ и ионно-солевые компоненты) из горизонтов,

залегающих выше объекта хранения, можно обнаружить утечки газа и определить их размещение и характер. Одни утечки проис­ ходят по трещинным каналам, которые становятся проницаемыми в результате роста давления при закачке газа, другие приурочены к технически неисправным скважинам. Привязка и диагностика ха­ рактера перетоков позволяют планировать проведение мер по их ликвидации.

Предложен гидрохимический способ контроля положения (про­ движения) контакта газ — вода при создании и эксплуатации газо­ хранилищ, пригодный там, где наблюдается закономерное изме­ нение каких-либо гидрохимических параметров по площади плас­ та-приемника. При эксплуатации газохранилища содержание хлориона обычно зависит от объема оттесняемой газом воды, причем эта зависимость описывается известным уравнением массопереноса. Используя последнее и зная содержание хлора, можно опре­ делять текущие значения объема газа в отдельных секторах газо­ хранилища.

Гидрогеологические исследования при проектировании и экс­ плуатации газонефтехранилищ в искусственных полостях в непро­ ницаемых породах носят иной характер. В случае проектирования хранения газа, нефти и других жидкостей в толще каменной соли проводится изучение гидрогеологических условий в надсолеЬых отложениях с целью выяснения прежде всего возможностей раз­ вития соляного карста. При отсутствии потребителей рассола, на­ капливающегося в результате выщелачивания в емкости соли, про­ водится изыскание условий его захоронения (см. главу VIII).

Глава X III

ОХРАНА НЕДР И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫМЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Охрана природы, рациональное использование ее ресурсов относятся к актуальным проблемам современности, от правиль­ ного решения которых во многом зависят успешное развитие экономики и благосостояние нынешнего и будущего поколе­ ний.

Охрана окружающей среды представляет собой комплекс ме­ роприятий, направленных, в первую очередь, на охрану здоровья и условий жизни работников и населения, рациональное исполь­ зование земель и вод, предотвращение загрязнения водных и зе­ мельных ресурсов, воздушного бассейна, животного и раститель­ ного мира, а также на ликвидацию последствий загрязнений и восстановление природных ресурсов. Охрана окружающей среды должна осуществляться в соответствии с природоохранным зако­ нодательством Российской Федерации и соответствовать между­ народным нормам и правилам.

Охрана недр в современных условиях — это осуществление ком­ плекса мероприятий по обеспечению полноты извлечения из недр нефти и газа, рационального и комплексного их использования; сохранение свойств энергетического состояния верхних частей недр на уровне, предотвращающем появление техногенных процессов: землетрясений, оползней, подтоплений, просадок грунта; предот­ вращение загрязнения подземных водных источников вследствие межпластовых перетоков нефти, воды и газа в процессе проводки, освоение и последующей эксплуатации скважин, а также вслед­ ствие утилизации отходов производства и сточных вод.

Контроль за соблюдением законодательства по охране недр осу­ ществляет Государственный комитет по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору (Госгортех­ надзор).

К числу основных требований, безусловное выполнение кото­ рых должны обеспечивать геологические службы относятся:

— полное и комплексное изучение недр;

—соблюдение установленного порядка предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами;

—наиболее полное извлечение из недр и рациональное исполь­ зование запасов основных и совместно с ними залегающих полез­ ных ископаемых и содержащихся в них компонентов;

—недопущение вредного влияния работ, связанных с пользо­ ванием недрами, на сохранность запасов полезных ископаемых;

—охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и от других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку;

—предупреждение необоснованной и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых и соблюдение установ­ ленного порядка использования этих площадей для других целей;

—предотвращение вредного влияния работ, связанных с пользо­ ванием недрами, на сохранность эксплуатируемых и находящихся на консервации горных выработок и буровых скважин, а также подземных сооружений;

—предотвращение загрязнения недр при подземном хранении нефти, газа и иных веществ и материалов, захоронении вредных веществ и отходов производства, сбросе сточных вод.

Мероприятия по охране недр и окружающей природной среды должны предусматриваться в:

—лицензии на пользование недрами;

—предпроектных и проектных документах на разработку не­ фтяных, газовых и газоконденсатных месторождений;

—перспективных и годовых программах предприятий по охра­

не окружающей среды и недр. ■ Природоохранные мероприятия должны соответствовать тре­

бованиям законодательных и нормативных акт;ов, государствен­ ных стандартов по охране окружающей среды и недр и учитывать особые условия проведения работ. Соблюдение требований и кон­ троль за их реализацией возлагается на ведомственную экологи­ ческую службу предприятия.

Ответственность за состояние охраны недр и окружающей сре­ ды возлагается на первых руководителей предприятий, осуществ­ ляющих пользование недрами, либо собственника предприятия.

Необходимо подчеркнуть, что хотя в официальных документах речь идет об ответственности организаций и предприятий, дея­ тельность которых связана с использованием недр, однако носи­ тели этой ответственности — конкретные лица, занимающие оп­ ределенные административные должности и непосредственные исполнители работ. Поэтому каждый человек — и как специалист,